基于声压测量的声功率确定课件.ppt

1、目錄n聲音的基本概念n聲壓,聲功率與聲強n為何要量測聲功率級n如何量測聲功率級n無響室及半無響室簡介n根據ISO 3744量測聲功率級聲音的基本概念聲音的基本概念聲音的基本概念n一種由物體振動而發生的波造成的聽覺印象噪音的定義噪音的定義n對人類生理及心理產生不利影響的可聽得到的對人類生理及心理產生不利影響的可聽得到的聲音能量。聲音能量。n人因工程及環境觀點中所不要的聲音。人因工程及環境觀點中所不要的聲音。聲音的大小L Lp p=20lgP/P=20lgP/P0 0P P0 0= 2= 2 1010-5 -5 PaPa分貝分貝( (dBA)dBA)的意義的意義dBAA-WeightingdB W

2、eighting Curves-40-30-20-100102010100100010000100000Frequency (Hz)dBABCn模擬人耳對頻率的音量感受模擬人耳對頻率的音量感受010loglWWBeln用於聲功率的表達用於聲功率的表達deci- = 1/101Bel10dB20210log10ppdBn人耳對聲音大小人耳對聲音大小的感受為對數刻度的感受為對數刻度n用於聲壓的表達用於聲壓的表達聲音單位聲音單位聲音的特點可聽聲壓 20uPa (0dB) 20Pa (120dB)可聽聲頻率: 20Hz20K Hz聲壓級的運算合成n聲壓級的合成運算是簡單的相加關系？nLpresult=

3、Lp1+Lp2+Lp3+Lpn ?聲壓級的運算合成聲壓級的運算合成21 LL 若若 dB 32log10110121 LLL, 則則聲壓級的運算分解噪音量測值 Lmeasured 修正背景噪音 LBGN 的影響,不是 Lsource = Lmeasured - LBGN , 而是0.00.51.01.52.02.53.0051015202530Lmeasured-LBGN修修正正值值要要修修正正無無須須修修正正量量測測無無效效國際規範關於國際規範關於背景噪音修正原則背景噪音修正原則噪音的分類連續性噪音連續性噪音周期性噪音周期性噪音沖擊性噪音沖擊性噪音聲壓聲壓, ,聲功率與聲強聲功率與聲強( (

4、Sound Sound PressurePressure，SoundSound Power and Power and Sound Intensity)Sound Intensity)聲壓,聲功率與聲強n有聲波時，媒質中的壓力與靜壓的差值稱為聲壓p (Sound Pressure) (Pa)n聲音是種能量,而單位時間所輸出的能量稱為聲功率P (Sound Power) (W)n單位時間垂直通過單位面積的能量稱為聲強I (Sound Intensity)(W/m2)聲壓,聲功率與聲強 用來描述聲音的三個基本、相關聯的參數: 聲功率、聲壓和聲強. 聲功率(Sound power) P和聲強(Sou

5、nd Intensity) I有直接的聯係. 可以以圍繞聲源的封閉球面的表面積為變量，對聲強求積分來得到聲功率的值。 在特定的聲學環境中，在一定的位置，可以測量出可感知聲源的聲壓(Sound pressure) p.聲功率Sound Power & 聲壓Sound Pressure聲功率Sound Power & 聲壓Sound Pressure 可以採用一個普通的類推方法來解釋聲功率(sound power)和聲壓(sound pressure)之間的區別.在一間安裝有取暖器的房間中，取暖器一直散發出一定watts數量的熱能(heat energy per second)，所以從取暖器中散發

6、出的熱能與環境無關，不受環境的影響. 但是房間中的溫度和房間中的熱能環境有關，不同位置的溫度可能不一樣。 類似地，放置在房間中的聲源會散發出一定watts數量的聲能 (sound energy per second),但是聲壓取決於聲學環境和在房間中離聲源的距離。 在以上的類推中, 取暖器散發出的熱能相當於聲功率，溫度相當於聲壓。各參數之間的關係各參數之間的關係 聲功率是聲音的特性，它與測量距離無關，而聲壓和聲強與測量距離有關。假設在自由場環境中，測試球面的半徑增加一倍(r2=2r1)時,聲強減小到原來的1/4，而聲壓是原來的一半。聲壓聲壓級級, ,聲功率聲功率級級和聲強和聲強級級(Sound

7、 Pressure Level, Sound Power Level (Sound Pressure Level, Sound Power Level and Sound Intensity Level)and Sound Intensity Level)噪音通常以聲音物理量的對數值表示n聲壓級 Lp = 20*log(p/p0) ; p0為基準聲壓, 20*10-6 Pan聲功率級 Lw = 10*log(W/W0 ) ; W0為基準聲功率, 10-12 Wattn聲強級 Li = 10*log(I/I0 ) ; I0為基準聲強, 10-12 Watt / m2聲壓聲壓級級, ,聲功率聲功率

8、級級和聲強和聲強級級聲壓聲壓級級, ,聲功率聲功率級級和聲強和聲強級級噪音通常以聲音物理量的對數值表示n將聲功率級(Sound Power Level)及聲壓 (Sound Pressure Level)的單位均可以表示為dB值(deci Bel)n但是爲了區別聲壓級和聲功率級，聲功率級的單位常常表示為B或Bels, 而聲壓級為dB (1B=10dB/1Bels=10dB)為何要量測聲功率為何要量測聲功率級級(Sound Power Level)(Sound Power Level)為何要量測聲功率級n在一特定環境下,為了要量測距離某待測物的聲壓n為了比較同種類或不同種類機器所發出的噪音n為了

9、協助開發較為安靜的機器設備n為了判定機器是否超過噪音規範的上限n機器和設備發出的噪音能達到歐盟的相關標準，以至於能夠在歐盟國家銷售為何要量測聲功率級 聲功率可以描述設備發出的噪音水平，但人的聽覺依賴於聲壓. 低聲壓級能減少對聽力的傷害風險，也可以使設備更好的操作。如果把要安裝機器的聲學環境已經知道,那麽可以根據設備的聲功率級預估出聲壓級。例如，已經知道聲功率級 LW的機器，安裝在近似有一個反射面自由場的環境中， 可以近似計算出距離設備中心r的聲壓級sound pressure level, Lp(r) :Lp(r) = LW - 10log(2r2) dB 與聲壓相反，聲功率是獨立于環境的客觀

10、量。因此，聲功率是描述和比較機器散發出噪音值的有效量，也可以作爲輔助開發更低噪音設備的一種工具。 爲了保證不同類型機器聲功率測量的準確性，精密度和再現性，聲功率的測量必須依照相關可接受的標準和測試規範。聲功率的量測n以聲壓聲壓為基礎作量測 優點: 1.快速,可靠地得到結果且易於使用 2.高頻率與動態範圍 缺點: 1.實驗場所需總建設經費較多n以聲強聲強為基礎作量測 優點: 1.對實驗場所及背景噪音要求較寬鬆 缺點: 1.對於操作者的技術有較高的要求 2.實驗時間冗長 3.實驗方式較為複雜聲壓法通常用於實驗室內,聲強通常用於戶外聲功率級的量測 聲功率級的確定是基於聲壓的測量： 被量測的聲源放置在

11、已確定的聲學環境中，已經了解這個聲學環境中的聲壓和聲強之間的聯係，這樣基於聲壓的測量可以計算出聲功率。 聲強是可以量測出聲功率的直接方法，但是受到一些缺點的限制。 實際測量情況依賴以下： 測量的項目數量 安裝設備時間與測量操作時間相對 精度要求 診斷學的運用 測試人員 測試環境 投資費用與操作費用相對聲場 Sound Fields聲場 Sound Fieldsn近場-介於聲源和遠場之間的聲波傳遞區域.近場的聲波變動大,無法以近場的聲壓級量測值來評估聲源功率.聲源最大尺寸的兩倍距離或聲源一個波長以內區域,均涵蓋在近場內.n遠場-近場以外的區域,涵蓋自由場與迴響場n自由場-聲源輻射區域內,每距離聲

12、源一倍距離,其聲壓級衰減6dB.n迴響場-封閉與半封閉空間,聲波重複並連續自壁面反射,聲壓級受到反射干擾而產生顯著變動.如何量測聲功率級(Sound Power Level)聲功率聲功率級之級之量測標準量測標準聲功率聲功率級級量測量測的參考的參考標準標準ISO3744:Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure Engineering method in an essentially free field condition over a reflecting plane

13、.ISO3745:Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources Precision methods for anechoic and semi-anechoic rooms.ISO7779(1999):Acoustics-Measurement of airborne noise emitted by computer and business equipment.ISO11201:Acoustics-Noise emitted by machinery and equipment.ECMA74:Measureme

14、nt of airborne noise emitted by Information Technology and Telecommunications Equipment.ISO9296:Acoustics-Declared noise emission values of computer and business equipment.ECMA074 Annex D: Identification evaluation of prominent discrete tones.標準差無響室及半無響室簡介 (Anechoic Room and Hemi-Anechoic Room )無響室n

15、無響室(Anechoic Chamber)是指一個無回聲的房間,其內部是模擬一廣大自由空間的環境,可進行各項聲學測試與研究無響室及半無響室的設計n無響室及半無響室的差別在於無響室地板為網床結構, 而半無響室地板為一平坦的反射平面無響室及半無響室的設計n無響室通常在學術研究性質的單位偏好使用, 因可排除地板迴響造成的誤差, 對待測物本體可做較為精準的計算及預測n半無響室通常為了模擬待測物實際在地板上操作的狀況,所以較常為電子業, 機械業, 汽車製造業所使用無響室及半無響室的設計n外圍具高穿透損失特性的隔音板以阻絕外部噪音傳入n內部上下四周均佈滿吸音材料,並設計特殊形狀 (楔型)n為阻絕地板低頻振

16、動的干擾,加入隔振設計 測試設備介紹多功能振动噪音分析系统 Multi-analyzer System生產商:B&K規格:2个模块(17个输入通道,2个输出通道,每个通道的分析带宽最高可达204.8KHz,每个通道都可使用独力的1个或2个24位A/D转换器.)B&K 3560CB&K 4190+2669 1/2” 麦克风 1/2” Microphone 生產商 :B&K規格:直径(英寸):1/2 灵敏度(mV/Pa):50极化电压(V):200 频率响应2dB(Hz):3.1520,000动态范围(配前置放大器)(dB(A)dB):15147(2669) 測試設備介紹声级校准器 Sound L

17、evel Calibrator 生產商:B&K規格:提供频率1KHz ,声压级94dB或114dB的校准信号(0.2dB),用于声压计及其他声测量设备校准.超轻加速规 Light-weight Accelerometer 生產商:B&K規格:频率:025.6KHz加速度:0.1100ms2B&K 4231 B&K 4393 測試設備介紹閃頻儀萬用表Power meter試驗桌工作原理 通常是指先用電聲(或機電)換能器把聲波(或振動)轉換成相應的電信號，然后再用電子儀表放大到一定的電壓，再進行測量與分析的技術以及有關聲學儀器的工作原理。根據ISO 3744量測聲功率級在反射地面上的自由聲場量測的工程方法ISO 3744有兩種量測模式 (半球型法和矩形法)ISO 3744 (半球型法)ISO 3744 (矩形法)聲功率級計算-1n計算量測表面的聲壓級(Sound pressure level) Lp n計算量測表面的背景噪音之聲壓級Lpn計算背景噪音之修正因子K1聲功率級計算-2n確定環境修正因子K2(Reference Sound Source) n計算修正後之表面聲壓級 Lpf = Lp-K1-K2